電路基礎之：差模訊號與共模訊號

概述

​ 用簡單的兩線電纜，在它的終端接有負載阻抗，每一線對地的電壓用符號V1和V2來表示。差模訊號分量是VDIFF，共模訊號分量是VCOM，電纜和地之間存在的寄生電容是Cp。其電路如圖1所示，其波形如圖2所示。

兩種訊號的特點

差模分量：大小相等，相位相反

共模分量：大小相等，相位相同

差模訊號

兩個大小相等、極性相反的一對訊號稱為差模訊號。

差模輸入差動放大電路輸入差模訊號時，稱為差模輸入。差模輸入使兩管的集電極電流一增一減，相應兩管的集電極電位也一增一減，於是有輸入電流出現。差模訊號分量是VDIFF

純差模訊號是：V1=－V2（1）

大小相等，相位差是180°。

VDIFF=V1－V2（2）

因為V1和V2對地是對稱的，所以地線上沒有電流流過。所有的差模電流（IDIFF）全流過負載。

在以電纜傳輸訊號時，差模訊號是作為攜帶資訊“想要”的訊號。區域網（LAN）和通訊中應用的無線收發機的結構中安裝的都是差模器件。兩個電壓（V1+V2）瞬時值之和總是等於零。

共模訊號

兩個大小相等、極性相同的一對訊號稱為共模訊號。

差動放大電路輸入共模訊號時，稱為共模輸入。

共模訊號分量是VCOM

純共模訊號是：

V1=V2=VCOM（3）

大小相等，相位差為0°

V3=0（4）

共模訊號的電路如圖3所示，其波形如圖4所示。

因為在負載兩端沒有電位差，所以沒有電流流過負載。所有的共模電流都通過電纜和地之間的寄生電容流向地線。在以電纜傳輸訊號時，因為共模訊號不攜帶資訊，所以它是“不想要”的訊號。

兩個電壓瞬時值之和（V1+V2）不等於零。相對於地而言，每一電纜上都有變化的電位差。這變化的電位差就會從電纜上發射電磁波。

共模抑制比

定義：輸入埠短路線中點對地加電壓和輸入埠兩點之間電壓的比。

共模抑制比用作描述訊號接收器輸入埠對地平衡度的一個引數。

CMRR=|Aud/Auc|，其中Aud為差模訊號放大倍數，Auc為共模訊號放大倍數。

​ 差模訊號放大倍數Aud越大，共模訊號電壓放大倍數Auc越小，則CMRR越大。此時差分放大電路抑制共模訊號的能力越強，放大器的效能越好。當差動放大電路完全對稱時，共模訊號電壓放大倍數Auc=0，則共模抑制比CCMR趨近於無窮。這是理想狀況，實際上電路完全對稱是不存在的，共模抑制比也不可能趨向於無窮大。

EMC

​ 在對絞電纜線中的每一根導線是以雙螺旋形結構相互纏繞著。流過每根導線的電流所產生的磁場受螺旋形的制約。流過對絞線中每一根導線的電流方向，決定每對導線發射噪音的程度。在每對導線上流過差模和共模電流所引起的發射程度是不同的，差模電流引起的噪音發射是較小的，所以噪音主要是由共模電流決定。簡單的說，差模訊號是兩根線之間的噪聲差，共模訊號是兩根線分別對地的噪聲。

對絞線中的差模訊號

​ 對純差模訊號而言，它在每一根導線上的電流是以相反方向在一對導線上傳送。如果這一對導線是均勻的纏繞，這些相反的電流就會產生大小相等，反向極化的磁場，使它的輸出互相抵消。在無遮蔽對絞線系統中的差模訊號如圖5所示。

​ 在無遮蔽對絞線中，不含噪音的差模訊號不產生射頻干擾。

對絞線中的共模訊號

​ 共模電流ICOM在兩根導線上以相同方向流動，並經過寄生電容Cp到地返回。在這種情況下，電流產生大小相等極性相同的磁場，它們的輸出不能相互抵消。如圖6所示，共模電流在對絞線的表面產生一個電磁場，它的作用正如天線一樣。

​ 在無遮蔽對絞線中，共模訊號產生射頻干擾。